動(dòng)態(tài)范圍壓縮，得到絕佳音質(zhì)的好選擇？

標(biāo)簽：固定偏壓 動(dòng)態(tài)范圍壓縮

如果談資論輩，似乎再也沒有像“動(dòng)態(tài)范圍壓縮”這樣堂而皇之地人為制造失真，反而受到好評(píng)的例子了!當(dāng)然，除非你是狂熱的音響“發(fā)燒友”，對(duì)聲音質(zhì)量絕不妥協(xié)。

更多的時(shí)候，你會(huì)權(quán)衡面積、器件成本、設(shè)計(jì)成本等因素，轉(zhuǎn)而對(duì)動(dòng)態(tài)范圍壓縮拋出橄欖枝。而TI首款具有動(dòng)態(tài)范圍壓縮功能的立體聲D類放大器的推出似乎也是情理之中的事情。

平常我們所說的動(dòng)態(tài)范圍是最強(qiáng)聲音與最弱聲音的強(qiáng)度差，單位用“db” 表示(即20Log10(P/Po))。一般語言的動(dòng)態(tài)范圍為20—40db，歌曲與音樂的動(dòng)態(tài)范圍為40—60db，交響樂的動(dòng)態(tài)范圍為70—120db。音頻放大器的動(dòng)態(tài)范圍必須大于語言、音樂的動(dòng)態(tài)范圍。

“想唱就唱，唱的響亮”一下子紅遍了大江南北，同時(shí)也點(diǎn)燃了便攜式市場(chǎng)。便攜設(shè)備同樣要求放大器能夠“唱的響亮”，但這受到了喇叭和電源電壓的限制，功率越大、失真會(huì)越大、聲音質(zhì)量也會(huì)隨之下降;同時(shí)更小的外形尺寸、更低的功耗也是便攜式產(chǎn)品也是業(yè)界所追求的。

因此，在設(shè)計(jì)過程中，在整個(gè)電池使用壽命內(nèi)均要提供高輸出音量。僅以鋰離子電池為例，其電壓在3.0V—4.2V之間轉(zhuǎn)換，如果直接供電，新電池的聲音會(huì)很響亮，當(dāng)電池電量即將耗盡時(shí)，聲音會(huì)逐漸變小。此外，還許限制最高功耗。不同音源(如手機(jī)里MP3、FM收音機(jī)等來源)信號(hào)輸入幅度是不等的，這就需要靈活控制輸出外設(shè)，像耳機(jī)、喇叭等，甚至兩個(gè)喇叭的靈敏度也不一樣。同時(shí)，還需在保證良好信噪比情況下將聲音響度最大化。

面對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，當(dāng)電池電壓變化時(shí)，要保持足夠大聲音輸出，最簡(jiǎn)單的方法就是提供升壓電路，TI此前提供了兩款產(chǎn)品TPA2014D1、TPA2013D1，通過這種方法提供全電壓之內(nèi)恒定的最大輸出功率。另外還有一個(gè)辦法就是20年前就已經(jīng)廣為人知的動(dòng)態(tài)范圍壓縮。

何為動(dòng)態(tài)范圍壓縮?

顧名思義，動(dòng)態(tài)范圍壓縮就是人為地壓縮了動(dòng)態(tài)范圍，即將小信號(hào)根據(jù)需求放大若干倍、大信號(hào)不放大。普通CD典型動(dòng)態(tài)范圍是96 db，實(shí)際上經(jīng)過人耳處理，噪聲已經(jīng)淹沒了最小信號(hào)，所以在小型便攜設(shè)備中真正能聽到的動(dòng)態(tài)范圍是60 db(人說話的動(dòng)態(tài)范圍只有20—40db)，這樣額外的動(dòng)態(tài)范圍沒有任何用，反而白白浪費(fèi)系統(tǒng)功耗、精度，而且使得用戶無法聽清。而通過動(dòng)態(tài)壓縮，人為地控制信號(hào)，如將小信號(hào)放大10倍、大信號(hào)不放大，動(dòng)態(tài)范圍從1：1000db到1:100db，這樣做雖然犧牲了動(dòng)態(tài)范圍，但當(dāng)信號(hào)是小信號(hào)時(shí)，相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度并沒有變小。TI中國區(qū)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理張洪為以弦樂和交響樂為例，如果放大器的動(dòng)態(tài)范圍是1比100db(10萬)，而弦樂的動(dòng)態(tài)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)范圍，因此沒有任何失真。當(dāng)播放搖滾音樂時(shí)，會(huì)將猛烈的鼓點(diǎn)增益變成小音樂，而人而對(duì)敲鼓的失真并不敏感，因而能夠保證用戶對(duì)音樂的欣賞原汁原味。

這種動(dòng)態(tài)范圍壓縮技術(shù)主要用于音樂欣賞、電話會(huì)議。“如果用手機(jī)、MP4學(xué)習(xí)英語，聲音開的太輕有一些細(xì)節(jié)往往分辨不出來，聲音開大就可以分辨出，但又會(huì)影響別人，這時(shí)候就需要?jiǎng)討B(tài)范圍壓縮，”張洪為舉了一個(gè)例子。

TI是較早接觸立體聲放大器的廠商之一，已經(jīng)占據(jù)了D類放大器約40%的市場(chǎng)份額。IMS Research研究稱未來幾年，D類放大器市場(chǎng)將穩(wěn)步增長(zhǎng)。“因?yàn)槿颥F(xiàn)在主要便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品主流供應(yīng)商都已經(jīng)采用了D類放大器，因此市場(chǎng)份額不會(huì)出現(xiàn)大范圍的突變，”張洪為說。在功能上，隨著數(shù)字電視和數(shù)字廣播的發(fā)展，數(shù)字音源會(huì)越來越多，逐步會(huì)有一些純數(shù)字放大器進(jìn)入市場(chǎng)，但目前兩、三年內(nèi)不會(huì)有明顯變化，他預(yù)測(cè)。

述說A、B、AB、D類

TI今日推出的首款具有動(dòng)態(tài)范圍壓縮功能的立體聲D類放大器，與傳統(tǒng)的A、B類放大器究竟有何區(qū)別?這樣的命名規(guī)則背后又是怎樣的秘密?

一般，晶體管功率放大器是由三極管組成，而三極管是由幾組N-P、N-P結(jié)構(gòu)成,該結(jié)構(gòu)沒有外加電壓時(shí)是截止的，只有在外加一個(gè)偏置電壓并高于其門限電壓(硅管是0.6V，鍺管0.2V)時(shí)，這個(gè)N-P結(jié)才會(huì)導(dǎo)通、有電流通過，三極管才開始工作。

A類功放就是把正向偏置定在最大輸出功率的一半處，使功放在沒有信號(hào)輸入時(shí)也處于滿負(fù)載工作狀態(tài)，這樣在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)功放都導(dǎo)通且有電流輸出。A類功放使三極管始終工作于線性區(qū)，因此A類功放幾乎無失真，聽感上質(zhì)感特別好，尤其是小信號(hào)時(shí)，整個(gè)聲音平衡，潤(rùn)滑，諧波豐富。 但A類功放效率低，一般不大于25%，而且A類功放由于工作電流高，在同樣輸出功率時(shí)其工作電壓要低很多，因此其輸出峰值電壓就受到限制，同時(shí)其輸入電壓也受到輸出電壓的放大器放大系數(shù)的限制。因此音樂的大動(dòng)態(tài)表現(xiàn)就受影響。

B類放大器就是不外加固定偏置電壓，通過信號(hào)電壓打開，因此當(dāng)信號(hào)電壓小于0.6V時(shí)(硅管為例)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出為零。只有當(dāng)信號(hào)電壓大于等于0.6V時(shí)三極管才導(dǎo)通，放大器開始工作、輸出端有信號(hào)輸出。這樣小信號(hào)在輸出波形圖上是與X軸重合的直線，即產(chǎn)生失真，而且輸入信號(hào)中小信號(hào)越多，失真越嚴(yán)重。在聽感上，就會(huì)出現(xiàn)音樂細(xì)節(jié)喪失，小信號(hào)變得模糊、微弱，整個(gè)樂曲變得不連貫。 而且B類功率放大級(jí)必須用兩只晶體管組成推挽電路，一只管子工作于信號(hào)電壓的正半周，另一只則工作于信號(hào)電壓的負(fù)半周，這種電路中當(dāng)一只管子導(dǎo)通工作時(shí)，另一只就處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)信號(hào)電壓的另外半周來到時(shí)二只管子的工作狀態(tài)正好交換，這時(shí)交越失真自然是免不了。但是B類功放的效率很高，可達(dá)到75%以上，因此可以使用較小的功率管輸出較大功率，另外推挽電路對(duì)抑制偶次諧波有作用，以減低非線性失真。

針對(duì)B類功放存在的缺點(diǎn)設(shè)計(jì)人員就在三極管的輸入端上加上一個(gè)預(yù)置的固定的略小于門限電壓的偏置電壓，就使得三極管在靜態(tài)時(shí)輸出級(jí)電流稍大于零，使得很小的信號(hào)電壓時(shí)三極管也能導(dǎo)通，有電流輸出，使得晶體管有大于信號(hào)半個(gè)周期的時(shí)間處于導(dǎo)通，交越失真也就不存在了，這就是AB類，AB類功放既克服了B類功放存在的問題，而電效率也大大高于A類功放。